直流调速系统复习题库
一、填空题
1．双闭环的调速系统的特点是：利用（ASR 的饱和非线性）实现了（“准时间最优”）控
制，同时带来了（转速超调）。
2．在设计双闭环系统的调节器时，先设计（内环的ACR ），然后设计（外环的ASR ）。
3．在双闭环调速系统中，电流调节器主要是对（电网电压波动）起调解作用；而转速调
节器主要是对（负载扰动）起抗扰调节作用。
4．变电压调速是直流调速系统用的主要方法，调节电枢电压常用的三种可控制电源分别
为（旋转变流机组）、（静止可控整流器）及（脉宽调制器和直流斩波变换器）。
5．直流电动机的调速方法有三种，即为（改变电枢电压调速）、（弱磁调速）和（电枢回
路串电阻）调速。
6．直流调速系统的静态技术指标有（调速范围D ）和（静差率S ），它们的表达式分别为（max min n D n =）和（min cl o n s n ?=），它们之间的关系式为（(1)nom nom
n s D s n =-?）。 7．脉中宽度调制简称(PWM)，它是通过功率管开关作用，将（恒定直流电压）转换成频
率一定，宽度可调的（方波脉冲电压），通过调节（脉冲电压的宽度），改变输出电压
的平均值的一种变换技术。
8．调速控制系统是通过对（电动机）的控制，将（电能）转换成（机械能），并且控制
工作机械按（给定）的运动规律运行的装置。
9．用（直流电动机）作为原动机的传动方式称为直流调速，用（交流电动机）作为原动
机的传动方式称为交流调速。
10．电气控制系统的调速性能指标可概括为（静态）和（动态）调速指标。
11．在电动机微机控制系统中，电动机是（被控对象），微型计算机则起（控制器）的作用。
12．总的来说，在电动机微机控制系统中，计算机主要完成（实时控制）、（监控）和（数据处理）等工作。
13．模拟信号到数字信号转换包括（采样）和（量化）两个过程。
14．PID控制中P、I、D的含义分别是（比例）、（积分）和（微分）。
15．脉冲式传感器检测转速的方法有（M法测速）、（T法测速）和（M/T法测速）。
16．从系列数据中求取真值的软件算法，通常称为（数字滤波算法）。
17．与模拟控制系统相比，微机数字控制系统的主要特点是（离散化）和（数字化）。
18．数字控制直流调速系统的组成方式大致可分为三种：1. 数模混合控制系统2. 数字电路控制系统3. 计算机控制系统
19．常规PID控制算法中可分为（位置式PID算法）和（增量式PID算法）。
20．微机数字控制双闭环直流调速系统硬件结构主要包括以下部分：（主电路）、（检测电路）、（控制电路）、（给定电路）和（显示电路）。
二、判断题
1．双闭环调速系统中，给定信号Un不变，增加转速反馈系数α，系统稳定运行时转速反馈电压Ufn不变。√
2．双闭环调速系统稳态运行时，两个PI调节器的偏差输入均不为零。×
3．I型系统工程最佳参数是指K=1/（2T）或ξ=0. 707。√
4．双闭环调速系统的设计过程中，一般把h=4定义为按M p（min）法设计的“三阶工程最佳”
参数配置。×
5．在双闭环调速系统的设计过程中，若按“三阶工程最佳”设计系统时，系统的超调量为37.6%。√
6．在设计双闭环调速系统时，应先设计转速调节器再设计电流调节器。×
7．在双闭环系统调试中，若两个调节器采用PI调节器，Uim固定，想得到恒定的电流
Idm只需调节转速反馈系数
α即可。×
8．在双闭环系统调试中，若两个调节器采用PI调节器，Unm固定，想得到固定的转速n只需调节β即可。×
9．转速单闭环调速系统当给定输入变化时，输出转速不变化。×
10．积分或比例积分调节器的输出具有记忆和保持功能。√
11．转速单闭环有静差系统与无静差系统的主要区别是看调节器采用什么类型。√12．闭环系统的静特性与开环系统的机械特性比较，其系统的静差率减小，稳速精度变低。×
13．转速闭环系统对一切扰动量都具有抗干扰能力。×
14．实际工程中，无静差系统动态是有静差的，严格的讲“无静差”只是理论上的。√15．积分调节器输入偏差电压为零时，其输出电压也为零。×
16．在双闭环调速系统的设计过程中，若按“I型系统工程最佳”设计系统时，系统的超调量为5%。×
17．在双闭环调速系统中，电流调节器对负载扰动没有抗扰调节作用。√
18．双闭环调速系统中，电动机起动过程主要是转速调节器起作用；稳定运行过程主要是电流调节器起作用。×
19．双闭环调速系统中，ASR的输出量U*i是由其输入给定电压U*n和转速反馈电压Un决定的。×
20．在双闭环调速系统的设计过程中，通常将电流环校正为I系统，将转速环校正为II 型系统。√
21．双极性可逆PWM变换器中的占空比 =0时，电机停止，即电枢两端的瞬时电压、电流为零。×
22．数字控制器用于实时、在线控制方式，因此必须采用简单、可靠和足够精确的方法
来实现。（
√）
23．数字控制器用于实时、在线控制方式，因此其算法越先进、越复杂越好。（×）24．位置式PID算法比增量式PID算法更容易产生积分饱和现象，且不便于计算机编程，所以工程实践中已很少采用了。（√）
25．微机控制直流脉宽调速系统中，转速、电流调节主要是软件定时中断完成的。√三、选择题
1．限止电流冲击的最简单方法是采用（B）
（A）转速微分负反馈（B）电流截止负反馈
（C）电压负反馈（D）带电流正反馈的电压负反馈2．双闭环调速系统中，在恒流升速阶段时，两个调节器的状态是（A）。
（A）ASR饱和、ACR不饱和（B）ACR饱和、ASR不饱和
（C）ASR和ACR都饱和（D）ACR和ASR都不饱和
3．在双闭环调速系统稳态特性的平直段，ASR工作在（A）状态、ACR工作在（A ）状态；而在双闭环调速系统稳态特性的下垂段，ASR工作在（C）状态、ACR工作在（B）状态
（A）ASR工作在线性状态（B）ACR工作在线性状态
（C）ASR工作在限幅状态（D）ACR工作在限幅状态
4．在PWM技术中，改变占空比ρ值，可以实现调压的目的，试选择：T on保持一定，使T off在0~∞范围内变化，属于（B）；T off保持一定，使T on在0~∞范围内变化，属于（C）；
T on+T off=T保持一定，使T on在0~T范围内变化，属于（A）
（A）定频调宽法（B）定宽调频法（C）调宽调频法
5．无静差调速系统中，调节器一般采用（C）调节器。
（A）P调节器（B）PD调节器（C）PI调节器
6．将晶闸管看成一阶惯性环节的工作近似条件为（A ）。
（A ）1
3c Ts ω≤ （B ）12c Ts ω≤ （C ）c ω≤ （D ）1c Ts ω≤ 7．下列各项指标中，反应系统抗干扰性能指标的是（D ）。
（A ） t r （B ） t s （C ） σ （D ） t f
8．在速度负反馈单闭环调速系统中，当下列（C ）参数变化时系统无调节能力。
（A ） 放大器的放大倍数Kp （B ）负载变化
（C ）转速反馈系数 （D ）供电电网电压
9．在转速负反馈单闭环有静差调速系统中，突减负载后又进入稳定运行状态，此时晶闸
管装置的输出电压Ud 较之负载变化前是（B ）；在无静差调速系统中，突加负载后进
入稳态时转速n 较之负载变化前是（C ），整流装置的输出电压Ud 是（A ）。
（A ）增加 （B ）减少 （C ）不变 （D ）先增加后减少
10.为了增加系统响应的快速性，我们应该在系统中引入（ A ）环节进行调节。
（A ） 比例 （B ） 积分 （C ） 微分
11．双闭环调速系统中，稳定运行时ASR 的输出量U*i 是由（ B ）决定的。
（A ） 输入给定电压U*n （B ） 负载电流I dL （C ） 转速反馈电压Un
12．I 型系统工程最佳参数是指选用（ D ）。
（A ） K T =0.707 （B ）ξ=0. 5 （C ）ξ=1.0 （D ）K T =0.5
13．双闭环调速系统的设计过程中，按M p （min ）
法设计的“三阶工程最佳”参数配置是（ B ）。 （A ）h=4 （B ）h=5 （C ）h=6 （D ）h=0.5
14．在双闭环调速系统中，电流调节器主要对以下哪种扰动有抗扰调节作用。（ B ）
（A ） 给定电压扰动 （B ） 电网电压扰动 （C ） 负载扰动
15．在双闭环调速系统中，转速调节器主要对以下哪种扰动有抗扰调节作用。（ C ）
（A ） 给定电压扰动 （B ） 电网电压扰动 （C ） 负载扰动
16．下列不属于直流调速系统的静态技术指标的是（ B ）。
（A ） 调速范围 （B ） 超调量 （C ） 静差率
17．下列不属于直流调速系统的跟随性能指标的是（ A ）。
（A ） 恢复时间t f （B ） 超调量σ （C ） 调节时间t s （D ）上升时间t r
18.为了消除静差，提高系统的控制精度，我们应该在系统中引入（ B ）环节进行调节。
（A ） 比例 （B ） 积分 （C ） 微分 (D) 惯性
19.为了加快系统的动作速度，减少调节时间，我们应该在系统中引入（ C ）环节进行调节。
（A ） 比例 （B ） 积分 （C ） 微分 (D) 惯性
20.下列PWM 调节器中，能实现直流电机的四象限运行的是（ C ）。
（A ）简单不可逆型 （B ）带制动不可逆型 （C ）双极式可逆型
四、简答题
1．在转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器有哪些作用？其输出限幅值应按什么要求来整定？
答：1）转速调节器的作用：
a. 使转速n 跟随给事实上电压Un 变化，实现转速无静差调节；
b. 对负载变化起抗扰作用；
c. 其饱和输出限幅值用为系统允许最大电流的给定，起饱和非线性控制，以实现系
统在最大电流约束下起动过程。
2）其输出限幅值应按最大电流值Idm 和β值整定，即im dm U I β=。
2．在转速、电流双闭环调速系统中，电流调节器有哪些作用？其限幅值应如何整定？ 答：1）电流调节器的作用：
a. 起动时，实现最大允许电流条件下的恒流升速调节——准时间最优；
b. 在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压Un 变化；
c. 对电网电压波动及时起抗扰作用；
d. 当电动机过载甚至于堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起到快速的安全保
护作用。如果故障消失，系统能自动恢复正常。
2）电流调节器输出限幅值应按下式整定：e nom dm ctm s
C n I R U K +>
，并保证最小控制角的限制。
3．画出转速电流双闭环调速系统起动时的转速ｎ和电枢电流Id 的对应波形。并回答起
动过程按Id 分哪几个阶段？以及转速调节器的在各阶段的工作状态？在图中分别注明时间。
答：起动曲线见P40。分三个阶段：第一阶段0~t 1是电流上升阶段,转速调节器迅速从不
饱和进入饱和状态；第二阶段t 1~t 2阶段是恒流升速阶段，转速调节器饱和输出限幅
值；第三阶段t 2~t 4阶段是转速调节阶段，转速调节器退饱和工作。
4．闭环系统的静特性优于开环系统的机械特性，表现在哪些方面。
答：如下四方面：
（1）在相同的负载下，闭环系统的转速降落仅为开环系统转速降落的1/（1＋K ）；
（2）在相同的理想空载转速时，闭环系统的静差率是开环系统静差率的1/（1＋K ）；
（3）在静差率相同时，闭环系统的调速范围是开环系统调速范围的（1＋K ）倍；
（4）闭环系统设置放大器后，才能获得以上各方面好的性能。
5．试回答双极式和单极式H型PWM变换器的优缺点。
答：（1）双极式H开PWM变换器的优点是：
1）电流一定连续；
2）电动机停止时有微振电流，能消除静摩擦死区；
3）低速时每个晶体管的驱动电压脉冲仍较宽，有利于晶体管可靠导通，低速平稳性好，调速范围宽；
4）控制简单，易于实现。
其缺点是：1）工作过程中，四个晶体管都处于开关状态，开关损耗大，而且容易发生上、下两管直通事故，降低装置的可靠性；
2）电枢电流波动较大。
（2）单极式H形PWM变换器的优点是：
1）由于一个晶体管常通，一个晶体管截止，频繁交替通断的管子少，有利于减少开关损耗；
2）电枢电流波动比双极式小。
其缺点是：
1）仍有两个晶体管处于交替导通状态，仍有发生直通的可能性；
2）调速范围较双极式的窄。
6.PID控制器各环节的作用是什么？
答：PID控制器各环节的作用是：
（1）比例环节P：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦出现，控制器立即产生控制作用，以便减少偏差，保证系统的快速性。
（2）积分环节I：主要用于消除静差，提高系统的控制精度和无差度。
（3）微分环节D：反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号变得过大之前，在系统
中引入一个早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。
7.与模拟滤波器相比，数字滤波器有哪些优点？
答：与模拟滤波器相比，数字滤波器的优越性表现在以下三个方面：
（1）数字滤波器是用程序实现的，不需要增加任何硬设备，也不存在阻抗匹配问题，可以多个通道共用。
（2）数字滤波器可以对频率很低的信号实现滤波，而模拟滤波电路由于受电容容量的影响，频率不能太低。
（3）数字滤波器灵活性好，可以用不同的滤波程序实施不同的滤波方法。
8.转速和电流调节器均采用PI调节器的双闭环系统起动过程的特点是什么？
答：（1）转速环出现饱和开环和退饱和闭环两种状态。转速开环时，系统为恒值电流调节单环系统。转速闭环时，系统为无静差调速系统，电流内环为电流随动系统。
（2）转速环从开环到闭环发挥调节作用，其转速一定出现超调，只有靠超调才能使ASR 退饱和，才能进行线性调节。
（3）恒电流转速上升阶段，取I d为I dm，充分发挥了电动机的过载能力，实现了电流受限制条件下的最短时间控制即“时间最优控制”。
9.微机数字控制系统的主要特点是什么？由此引起的负面效应是什么？
答：微机数字控制系统的主要特点是离散化和数字化。离散化和数字化的结果导致了时间上和量值上的不连续性，从而引起下述的负面效应：
（1）A/D转换的量化误差：模拟信号可以有无穷多的数值，而数码总是有限的，用数码来逼近模拟信号是近似的，会产生量化误差，影响控制精度和平滑性。
（2）D/A转换的滞后效应：经过计算机运算和处理后输出的数字信号必须由数模转换器D/A和保持器将它转换为连续的模拟量，再经放大后驱动被控对象。但是，保持器会提高控制系统传递函数分母的阶次，使系统的稳定裕量减小，甚至会破坏系统的稳定性。
随着微电子技术的进步，微处理器的运算速度不断提高，其位数也不断增加，上述两个问题的影响已经越来越小。
10．试述PWM 调速系统的优越性。
答：（1）主电路线路简单，需要的功率器件少；
（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小；
（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；
（4）系统频带宽，动作响应快，动态抗干扰能力强；
（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也
不大，因而装置效率高。
11. 推导增量式数字PID 控制算法的差分方程公式。并问：与位置式PID 算法相比，增量式PID 算法主要优点是什么？
解：设模拟PID 调节器的约束方程为： 01
()()[()()]t p d i de t u t K e t e t dx T T dt
=++? 令对应数字PID 调节器的采样周期为T ，使用一阶后向差分公式和内接矩形数值积分公式，对上式连续两次作后向离散化近似变换，得
00()()()[()(1)]()()[()(1)]k
k d p p i d j j i T T u k K e k e k e k e k K e k K e k K e k e k T T ==??=++--=++--????∑∑ 和
1
100(1)(1)()[(1)(2)](1)()[(1)(2)]k k d p p i d j j i T T u k K e k e k e k e k K e k K e k K e k e k T T --==??-=-++---=-++---????∑∑ 其中p i i K T K T =，p d d K T K T =。由此得增量式数字PID 控制算法的差分方程公式为：
()[()(1)]()[()2(1)(2)]
p i d u k K e k e k K e k K e k e k e k ?=--++--+-
与位置式PID 算法相比，增量式PID 算法主要优点在于不容易产生积分饱和现象，需站用得存储单元更少，计算机编程也更方便。
五、应用题
1.P6 例
2.1.1 、P11 例2.2.1
2．设控制对象的传递函数为11234()(1)(1)(1)(1)
obj K W s T s T s T s T s =++++，式中K 1=2；T 1=0.4s ；T 2=0.08s ；T 3=0.015s ；T 4=0.005s 。要求阶跃输入时系统超调量σ%<5%。
用PI 调节器将系统设计成典型I 型系统，试设计调节器参数并计算调节时间t s 。
解：用PI 调节器校正时，调节器传递函数为1()i PI pi
i W s K s
ττ+= 取10.4i T s τ==，并将2T 、3T 、4T 看成小时间常数，令
2340.080.0150.0050.1T T T T s s s s =++=++= 则按典型I 型系统校正时系统开环传递函数为
1111()(1)(1)(1)pi i pi
i i K s K K W s K s T s Ts s Ts τττ+==+++ 取1
12pi i K K K T
τ==，则 10.412220.1
i
pi K K T τ===?? 调节时间 660.10.6s t T s s ≈=?=
所以PI 调节器的参数0.4i s τ=，1pi K =；调节时间0.6s t s =。
3．P59. 3-9。
4.已知电流环的动态结构图如图3所示，将该系统校正为典型Ⅰ型系统，确定电流调节器参数。（提示：取工程最佳ξ=0.707时，KIT Σi=0.5
；注意小惯性环节降阶处理的条件ci ω≤
解：（1）对动态结构图进行等效变换如下图：
（2）进行小惯性时间常数的近似处理：0.0020.00170.0037()i oi s T T T S ∑=+=+=；则动态结构图化简为如下图：
（3）选择PI 调节器：
1
()i i S ACR i S W S K ττ+=
确定ACR 的超前时间常数为：0.03i l T S τ==
取工程最佳，有
11135.14220.0037
I i K T ∑===?（1/S ） 又因为 i s I i K K K R βτ=
所以有ACR 的比例系数为：
0.030.5135.14 1.013400.05
I i i s K R K K τβ??==≈? （4）校验近似条件：
1135.14ci I K S ω-==
而 11
133180.80.00170.002
ci s oi S T T ω-=?=>?，满足近似条件。 六、综合题 1.如图1如示转速反馈直流调速系统中，已知P N =10Kw ，U N =220V ，I L =55A ，n N =1000r/min ，电枢电阻Ra=0.5Ω，V-M 系统主电路总电阻R=1.0Ω。生产机械要求调速范围D=10，静差率s≤5%。
（1） 试计算额定转速降和闭环系统的开环放大倍数；
（2） 画出系统的静态结构图；
（3） 在此调速系统中，若给定电压Ugn 和测速发电机的励磁发生了变化，试分析直流
电动机的转速n 是否变化？
答：（1）
1）为了满足D ＝10，静差率s ≤5％
10000.05/min 5.26/min (1)10(10.05)
nom cl n s n r r D s ??=≤=-?- 2）根据cl n ?，求出系统的开环放大系数
因为 (220550.5)V 0.1925V min/1000/min
nom nom a e nom U I R C r n r --?===? 所以有55 1.01154.3153.30.1925 5.26
nom e cl I R K C n ?=
-≥-=-=??
（2）系统静态结构图为：
（3）分析如下：
反馈控制系统对于被负反馈环包围的前向通道上的一切扰动作用都能有效地加以抑制，对反馈通道上检测元件或装置的扰动无能为力，但对给定作用的变化则惟命是从，如果给定电压发生了变化，则被调量也要跟着变化，反馈控制系统无法鉴别这种变化是正常的调节结果，还是给定电压给定的变化；如果测速发电机的励磁发生了变化，反馈电压也要改变，不能通过系统的调节作用消除这种变化，反而使电动机转速偏离了原应保持的数值。因此说，高精度的调速系统要有高精度的反馈检测元件作为保证。
2.试分析下图为哪种控制系统？系统的主要组成有哪几部分？图中的LC、DI、LP、SR、CR 均起什么用？
答：（1）此系统是微机控制的双闭环直流脉冲宽度调制调速系统。
（2）系统的主要组成部分有：H型可逆PWM变换器和电动机组成的主电路；光电编码盘、CT1、CT2等组成的检测电路；转速给定部分；8098最小系统组成的控制电路等。
（3）LC：电动机正反转控制逻辑，其输入根据转矩极性和实际电流确定基极驱动的方向；
DI：鉴相电路，将光电编码盘输出的脉冲信号经过鉴相电路送到8098的高速输入口HSI.0作为反馈信号，形成速度闭环；SR和CR是转速环和电流环的数字控制器，根据给定和反馈的偏差信号进行PID运算，输出控制信息。
3. P59. 3-10（按作业要求）
[此文档可自行编辑修改，如有侵权请告知删除，感谢您的支持，我们会努力把内容做得更好]
直流调速系统设计与调试
《综合实验1》设计说明书 题目直流调速系统设计与调试 系部自动化系 专业自动化 班级自动化092班 学号 09423002 09423004 09423013 09423022 姓名裴玉柱刘勇薛尚刘鲲鹏 指导老师刘艳于美荣 日期2012年11月23日－2012年12月06日
直流调速系统设计与调试 (3) 1 技术要求： (3) 2 硬件系统设计 (4) 2.1 驱动电路： (4) 2.2 控制电路： (4) 3 直流调速系统参数和环节特性的测定： (5) 3.1 电枢回路总电阻R的测定 (5) 3.2 电枢回路电感L的测定 (6) 3.4 直流电动机-发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD2 的测定 (7) 3.4 主电路电磁时间常数Td的测定 (8) 3.5 电动机电势常数Ce和转矩常数CM的测定 (8) 3.6 系统机电时间常数TM的测定 (8) 3.7 晶闸管触发及整流装置特性Ud=f(Ug)和测速发电机特性UTG=f(n)的测定 (9) 4 直流调速系统设计 (9) 5 系统调试与分析 (10) 5.1双闭环系统的调试 (10) 5.2 系统的分析 (14) 7 参考文献： (14)
直流调速系统设计与调试 1 技术要求： （1）设计出三相全控桥式整流电路拓扑结构； （2）设计出触发系统和功率放大电路； （3）采用开环控制、转速单闭环控制、转速外环+电流内环控制。 （4）器件选择：晶闸管选择、晶闸管串联、并联参数选择、平波和均衡电抗选择、晶闸管保护设计 直流调速器就是调节直流电动机速度的设备，上端和交流电源连接，下端和直流电动机连接，直流调速器将交流电转化成两路输出直流电源，一路输入给直流电机砺磁（定子），一路输入给直流电机电枢（转子），直流调速器通过控制电枢直流电压来调节直流电动机转速。同时直流电动机给调速器一个反馈电流，调速器根据反馈电流来判断直流电机的转速情况，必要时修正电枢电压输出，以此来再次调节电机的转速。直流电机的调速方案一般有下列3种方式：1、改变电枢电压；2、改变激磁绕组电压；3、改变电枢回路电阻。最常用的是调压调速系统，即1（改变电枢电压）.一种模块式直流电机调速器，集电源、控制、驱动电路于一体，采用立体结构布局，控制电路采用微功耗元件，用光电耦合器实现电流、电压的隔离变换，电路的比例常数、积分常数和微分常数用PID适配器调整。该调速器体积小、重量轻，可单独使用也可直接安装在直流电机上构成一体化直流调速电机，可具有调速器所应有的一切功能。一种模块式直流电机调速器，集电源、控制、驱动电路于一体，采用立体结构布局，控制电路采用微功耗元件，用光电耦合器实现电流、电压的隔离变换，电路的比例常数、积分常数和微分常数用pid适配器调整。该调速器体积小、重量轻，可单独使用也可直接安装在直流电机上构成一体化直流调速电机，可具有调速器所应有的一切功能 现代工业自动化的高速发展也给直流电机的控制与调速提供了大范围的应用与更新:如远程信号传输,远距离调速,高温环境的遥控调速与控制,手动自动集成等。
双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告
TG n ASR ACR U *n + - U n U i U * i + - U c TA V M + - U d I d UP L - M T 双闭环直流调速系统的设计与仿真 1、实验目的 1．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本原理。 2．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。 3．掌握调节器的工程设计及仿真方法。 2、实验内容 1．调节器的工程设计 2．仿真模型建立 3．系统仿真分析 3、实验要求 用电机参数建立相应仿真模型进行仿真 4、双闭环直流调速系统组成及工作原理 晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机—发电机组等组成。 本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压U ct 作为触发器的移相控制电压，改变U ct 的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，二者之间实行嵌套联接，如图 4.1。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流的输出去控制电力电子变换器UPE 。在结构上，电流环作为内环，转速环作为外环，形成了转速、电流双闭环调速系统。为了获得良好的静、动态特性，转速和电流两个调节器采用PI 调节器。 图4.1 转速、电流双闭环调速系统 5、电机参数及设计要求 5.1电机参数 直流电动机：220V ，136A ，1460r/min ，C e =0.192V ? min/r ，允许过载倍数=1.5，晶闸管装置放大系数：K s =40 电枢回路总电阻：R=0.5 时间常数：T l =0.00167s, T m =0.075s 电流反馈系数：β=0.05V/A
直流电机调速控制系统设计
成绩 电气控制与PLC 课程设计说明书 直流电机调速控制系统设计 . Translate DC motor speed Control system design 学生姓名王杰 学号20130503213 学院班级信电工程学院13自动化 专业名称电气工程及其自动化 指导教师肖理庆 2016年6月14日
目录 1 直流电机调速控制系统模型 0 1.1 直流调速系统的主导调速方法 0 因此，降压调速是直流电机调速系统的主导调速方法。 0 1.2 直流电机调速控制的传递函数 0 1.2.1 电流与电压的传递函数 (1) 1.2.2 电动势与电流的传递函数 (1) 由已学可知，单轴系统的运用方程为: (1) 1.3 直流调速系统的控制方法选择 (2) 1.3.1 开环直流调速系统 (3) 1.3.2 单闭环直流调速系统 (3) 由前述分析可知，开环系统不能满足较高的调速指标要求，因此必须采取闭环控制系统。图1-4所示的是，转速反馈单闭环调速系统，其是一种结构相对复杂的反馈控制系统。转速控制是动态性能的控制，相比开环系统，速度闭环控制的控制精度及控制稳定性要好得多，但缺乏对于静态电流I的有效控制，故这类系统被称之为“有静差”调速系统。 (3) 1.3.3 双闭环直流调速系统 (4) 图1-4 双闭环控制直流调速控制系统 (4) 1.3.3.1 转速调节器（ASR） (4) 1.3.3.1 电流调节器（ACR） (4) 1.4 直流电机的可逆运行 (5) 1.2 ×××××× (7) 1.2.1 电流与电压的传递函数 (7) .. 7 3 PLC在直流调速系统中的应用 (8) 2 ××××× (9) 2.1 ×××××× (9) 2.1.1 ×××× (9) 3 ××××× (11) 3.1 ×××××× (11) 3.1.1 ×××× (11) 参考文献 (12) 附录 (13) 附录1 (13) 附录2 (13)
PWM直流调速系统设计解析
目录 前言 (1) 一、设计目的 (2) 二、设计要求 (2) 三、直流调速系统整体设计 (2) 四、系统参数选取 (7) 五、各部分设计 (8) 六、双闭环系统设计 (14) 七、系统仿真 (17) 八、设计总结 (18) 参考文献 (19)
前言 由于直流电机具有良好的起动、制动和调速性能，已广泛应用于工业、航天领域等各个方面。随着电力电子技术的发展，脉宽调制（PWM）调速技术已成为直流电机常用的调速方法，具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和功耗低等特点。而以H桥电路作为驱动器的功率驱动电路，可方便地实现直流电机的四象限运行，包括正转、正转制动、反转、反转制动，已广泛应用于现代直流电机伺服系统中。本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用SIMULINK对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，并用SIMULINK进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行。
一、设计目的 通过对一个实用控制系统的设计，综合运用科学理论知识，提高工程意识和实践技能，使学生获得控制技术工程的基本训练，培养学生理论联系实际、分析解决实际问题的初步应用能力。 二、设计要求 完成所选题目的分析与设计，进行系统总体方案的设计、论证和选择；系统单元主电路和控制电路的设计、元器件的选择和参数计算 三、直流调速系统整体设计 1、直流电机PWM调速控制原理 直流电动机转速公式为： n=(U-IR)/Kφ 其中U为电枢端电压，I为电枢电流，R为电枢电路总电阻，φ为每极磁通量，K为电动机结构参数。 直流电机转速控制可分为励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法用得很少，大多数应用场合都使用电枢电压控制法。随着电力电子技术的进步，改变电枢电压可通过多种途径实现，其中脉冲宽度调制(PWM)便是常用的改变电枢电压的一种调速方法。其方法是通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值(即占空比)来调整直流电机的电枢电压U，从而控制电机速度。 PWM的核心部件是电压-脉宽变换器，其作用是根据控制指令信号对脉冲宽度进行调制，以便用宽度随指令变化的脉冲信号去控制大功率晶体管的导通时间，实现对电枢绕组两端电压的控制。在本次课程设计采用双闭环直流调速系统进行调速控制。 2、双闭环直流调速系统 A.双闭环调速系统的工作过程和原理：电动机在启动阶段，电动机的实际转速(电压)低于给定值,速度调节器的输入端存在一个偏差信号，经放大后输出的电压保持为限幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器, 此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流电压迅速上升,电流也随即增大直到等于最大给定值, 电动机以最大电
交直流调速试验报告 Microsoft Word 文档
昆明学院实验报告册 专业：电气工程及其自动化 班级：15 电二 姓名：韩浪 学号：150417410105 课程：交直流调速控制系统 昆明学院自动控制与机械工程学院
实验项目名称：开环直流调速系统的仿真实验 实验时间： 同组人： 实验报告评分： 一、预习报告（实验课前了解实验目的，预习实验原理、实验步骤）： 1、实验目的（简述）： 1． 掌握开环直流调速系统的原理； 2． 掌握利用simulink 编程进行仿真的方法。 2、实验原理（简述）： 直流电动机的转速方程为： a a e U RI n C -= Φ (1) 从转速方程可以看出，调节电枢供电电压U a 即可实现调速，这种调速方法的优点是既能连续平滑调速，又有较大的调速范围，且机械特性也很硬。 开环直流调速系统的电气原理图如图1所示。三相晶闸管桥式整流电路经平波电抗器L 为直流电动机电枢供电，通过改变触发器移相控制信号U c ，可以调节晶闸管的触发角α，从而改变整流电路的输出电压平均值U d ，实现直流电动机的调速。 1-5 V-M 系统的结构示意图AC ~ 图1 开环直流调速系统电气原理图 3、实验步骤： 1．根据开环直流调速系统电气原理图，编制Simulink 实验程序，上机调试。 2．固定负载，改变触发角α，观察整流器输出直流电压平均值的变化情况，以及电动机输出转速的变化情况。 3．固定触发角α，增加负载扰动，观察电动机输出转速的变化情况。 4．分析实验结果，完成书面实验报告，并完成相应的思考题。 二、实验数据（记录相应的表格或图表，注意图形标注的完整性）： 1、 绘制不同触发角（30o 和60o ）对应的三相桥式整流装置输出电压平均值曲线。
实验四 直流调速系统仿真与设计
实验四 直流调速系统仿真与设计 一、 实验目的 1、掌握连续部分的程序实现方法； 2、熟悉仿真程序的编写方法。 二、 实验容 一转速、电流双闭环控制的H 型双极式PWM 直流调速系统，已知电动机参数为：N P =200W ，N U =48V ，N I =4A ，额定转速 500r/min ，电枢电阻Ra=6.5欧，电枢回路总电阻R=8欧，允许电流过载倍数2λ=，电势系数C 0.12min/e V r =?，电磁时间常数s T l 015.0=，机电时间常数s T m 2.0=，电流反馈滤波时间常数 s T oi 001.0=，转速反馈滤波时间常数s T on 005.0=。设调节器输入输出电压** nm im cm U U U 10V ===，调节器输入电阻Ω=k R 400。已计算出电力晶体管D202 的开关频率f 1kHz =，PWM 环节的放大倍数s K 4.8 =。 试对该系统进行动态参数设计，设计指标：稳态无静差，电流超调量i 5%σ≤；空载 起动到额定转速时的转速超调量n 20%σ≤；过渡过程时间s t 0.1s ≤。 建立系统的仿真模型，并进行仿真验证。 一、 设计计算 1. 稳态参数计算 根据两调节器都选用PI 调节器的结构，稳态时电流和转速偏差均应为零；两调 节器的输出限幅值均选择为12V 电流反馈系数；A V A V I U im /25.14210nom * =?==λβ 转速反馈系数：r V r V n U nm min/02.0min /50010max *?===α 2. 电流环设计 （1）确定时间常数 电流滤波时间常数T oi =0.2ms ，按电流环小时间常数环节的近似处理方法，则
开环直流调速控制系统方案
一、绪论 直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。尽管目前交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。现在的直流和交流调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件各有特点，但基本控制原理有其共性。 长期以来，仿真领域的研究重点是仿真模型的建立这一环节上，即在系统模型建立以后要设计一种算法。以使系统模型等为计算机所接受，然后再编制成计算机程序，并在计算机上运行。因此产生了各种仿真算法和仿真软件。MATLAB提供动态系统仿真工具Simulink，则是众多仿真软件中最强大、最优秀、最容易使用的一种。它有效的解决了以上仿真技术中的问题。在Simulink中，对系统进行建模将变的非常简单，而且仿真过程是交互的，因此可以很随意的改变仿真参数，并且立即可以得到修改后的结果。另外，使用MATLAB中的各种分析工具，还可以对仿真结果进行分析和可视化。Simulink可以超越理想的线性模型去探索更为现实的非线性问题的模型， Simulink会使你的计算机成为一个实验室，用它可对各种现实中存在的、不存在的、甚至是相反的系统进行建模与仿真。 传统的研究方法主要有解析法，实验法与仿真实验，其中前两种方法在具有各自优点的同时也存在着不同的局限性。随着生产技术的发展，对电气传动在启制动、正反转以及调速精度、调速围、静态特性、动态响应等方面提出了更高要求，这就要求大量使用调速系统。由于直流电机的调速性能和转矩控制性能好，从20世纪30年代起，就开始使用直流调速系统。它的发展过程是这样的：由最早的旋转变流机组控制发展为放大机、磁放大器控制；再进一步，用静止的晶闸管变流装置和模拟控制器实现直流调速；再后来，用可控整流和大功率晶体管组成的PWM控制电路实现数字化的直流调速，使系统快速性、可控性、经济性不断提高。调速性能的不断提高，使直流调速系统的应用非常广泛。
双闭环直流调速系统的课程设计报告
课 题：双闭环直流调速系统 班 级：电气工程及其自动化1004 学 号：3100501091 姓 名：贾斌彬 指导老师：康梅、乔薇 日 期：2014年1月9日 电 力 传 动 课 程 设 计
目录 第1章系统方案设计 1.1 任务摘要 (3) 1.2 任务分析 (3) 1.3设计目的、意义 (3) 1.4 方案设计 (4) 第2章晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 2.1 电枢回路电阻R的测定 (5) 2.2主电路电磁时间常数的测定 (6) 2.3系统机电时间常数TM的测定 (7) 2.4测速电机特性UTG=f(n)的测定 (7) 2.5晶闸管触发及整流装置特性Ug=f（Ug）的测定 (7) 第3章双闭环调速系统调节器的设计 3.1 电流调节器的设计 (7) 3.2 转速调节器的设计 (9) 第4章系统特性测试 4.1系统突加给定 (11) 4.2系统突撤给定 (11) 4.2.2突加负载时 (11) 4.2.3突降负载时 (11) 第5章设计体会
第1章系统方案设计 1.1 设计一个双闭环晶闸管不可逆调速系统 设计要求：电流超调σi≤5% 转速超调σn≤10% 静态特性无静差 给定参数：电机 额定功率185W 额定转速1600r/min 额定励磁电流<0.16A 额定电流1.1A 额定电压220V 额定励磁电压220V 转速反馈系数ɑ=0.004 V·min/r 电流反馈系数β=6V/A 1.2 任务分析 采用转速、电流双闭环晶闸管不可逆直流调速系统为对像来设计直流电动机调速控制电路，为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设计两个调节器，电流调节器和速度调节器，为了实现电流和转速分别起作用，二者之间实行串级连接，即把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，在把电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。该双闭环调速系统的两个调节器ASR
开环直流调速系统的动态建模与仿真
电控学院 运动控制系统仿真课程设计 院（系）：电气与控制工程学院 专业班级： 姓名： 学号：
开环直流调速系统的动态建模与仿真 摘要： MATLAB仿真在科学研究中的地位越来越高，如何利用MATLAB仿真出理想的结果，关键在于如何准确的选择MATLAB的仿真。本文就简单的开环直流调速系统的MATLAB仿真这个例子，通过对MATLAB的仿真，得到不同的仿真结果。通过仿真结果的对比，对MATLAB的仿真进行研究。从而总结出如何在仿真过程中对MATLAB的仿真做到最优选择。 详细介绍了用MATLAB语言对《电机与拖动》中直流电动机调速仿真实验的仿真方法和模型建立。其仿真结果与理论分析一致，表明仿真是可信的，可以替代部分实物实验。首先在分析直流调速系统原理的基础上, 介绍了基于数学模型的仿真, 在仿真中可灵活调节相关参数, 优化参数设计。其次完成了基于系统框图, 并分析了调速系统的抗干扰能力。采用工程设计方法对开环直流调速系统进行设计,选择调节器结构,进行参数的计算和校验；给出系统动态结构图,建立起动、抗负载扰动的MATLAB 仿真模型。分析系统起动的转速和电流的仿真波形,并进行调试,使开环直流调速系统趋于合理与完善。
1.1课题背景 直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。尽管目前交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。现在的直流和交流调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件各有特点，但基本控制原理有其共性。 长期以来，仿真领域的研究重点是仿真模型的建立这一环节上，即在系统模型建立以后要设计一种算法。以使系统模型等为计算机所接受，然后再编制成计算机程序，并在计算机上运行。因此产生了各种仿真算法和仿真软件。 由于对模型建立和仿真实验研究较少，因此建模通常需要很长时间，同时仿真结果的分析也必须依赖有关专家，而对决策者缺乏直接的指导，这样就大大阻碍了仿真技术的推广应用。 MATLAB提供动态系统仿真工具Simulink，则是众多仿真软件中最强大、最优秀、最容易使用的一种。它有效的解决了以上仿真技术中的问题。在Simulink 中，对系统进行建模将变的非常简单，而且仿真过程是交互的，因此可以很随意的改变仿真参数，并且立即可以得到修改后的结果。另外，使用MATLAB中的各种分析工具，还可以对仿真结果进行分析和可视化。 Simulink可以超越理想的线性模型去探索更为现实的非线性问题的模型，如现实世界中的摩擦、空气阻力、齿轮啮合等自然现象；它可以仿真到宏观的星体，至微观的分子原子，它可以建模和仿真的对象的类型广泛，可以是机械的、电子的等现实存在的实体，也可以是理想的系统，可仿真动态系统的复杂性可大可小，可以是连续的、离散的或混合型的。Simulink会使你的计算机成为一个实验室，用它可对各种现实中存在的、不存在的、甚至是相反的系统进行建模与仿真。传统的研究方法主要有解析法，实验法与仿真实验，其中前两种方法在具有各自优点的同时也存在着不同的局限性。随着生产技术的发展，对电气传动在启制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面提出了更高要求，
直流调速系统设计实训报告
实训报告课程名称：专业实训 专业：自动化班级：103031学号：10303104姓名：徐红颖指导教师：王艳秋成绩： 完成日期：2014 年1月9 日
任务书
1 单闭环直流调速系统 对于单闭环直流调速系统来说，转速是输出量，一般我们引入的是转速负反馈构成闭环调速系统。转速负反馈系统是在电动机上安装一台测速电机TG，引出和输出量转速成正比的负反馈电压Un，和转速给定电压Ua*进行比较，得到偏差电压ΔUa，经过放大器A,产生驱动或触发装置的控制电压Uct，与控制电动机的转速，组成了反馈控制的闭环调速系统。在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。而一般采用的比例调节器的调速系统还是有静差，为了消除静差，可用积分调节器替代比例调节器。 反馈控制系统的规律是如果要想维持系统中的某个物理量基本不变，就要引用该量的负反馈信号去与恒量给定相比较，组成一个闭环系统。对于调速系统来说，如果想提高静态指标，就得提高静特性硬度，也就是希望转速在负载电流变化时或受到扰动时基本不变。要想维持转速这一物理量不变化，最有效和最直接的方法就是采用转速负反馈构成转速闭环调节系统。 1.1 主电路设计 直流调速系统电路的组成主要由主电路和控制电路两大部分组成，知道了电路组成的两大部分后，就应该确定主电路的接线方式和系统的控制方案。整流变压器由变压部分和整流部分组成，其变压部分将电网电压降压并变成稳定的交流电，整流部分将变压后的交流电整流为恒定40V的直流电压供给直流电动机的励磁回路，整流变压器变压后的交流电两端另接一个单相桥式全控整流电路，输出的可调直流电加在直流电动机的电枢回路。保护环节采用的是过电压保护的一种--阻容吸收，将其并联在整流变压器二次侧起到保护电路的作用。 主电路的设计需要准备的资料： 1 单相整流模块：MZKD-ZL-50 了解其功能，技术参数，电路内部结构，外部接法，控制线管脚接法，安装说明2电机参数：直流电机，额定电压24V，额定电流6A，励磁电压24V，最大允许电流50A，了解电机不同的接线形式，重点掌握电机他激（并激）方式的接线方法。 3 电机转速测量的检测器：光电编码器（E6B2-C）
实验一、开环直流调速系统的仿真实验.docx
实验一开环直流调速系统的仿真 一、实验目的 1、熟悉并掌握利用 MATLAB中 Simulink 建立直流调速系统的仿真模型和进行仿真实验的方法。 2、掌握开环直流调速系统的原理及仿真方法。 二、实验内容 开环直流调速系统的仿真框图如图 1 所示，根据系统各环节的参数在 Simulink 中建立开环直流调速系统的仿真模型，按照要求分别进行仿真实验，输出直流电动机的电枢电 流Id 和转速 n 的响应数据，绘制出它们的响应曲线，并对实验数据进行分析，给出相 应的结论。 I dL (s) U n* (s)K s+1/ R I d (s)_R E 1 n( s) T s s 1—T l s 1 +T m s C e 图 1 开环直流调速系统的仿真框图 开环直流调速系统中各环节的参数如下： 直流电动机：额定电压 UN = 220 V，额定电流 IdN = 55 A，额定转速 nN = 1000 r/min ，电动机电势系数 Ce= V ·min/r 。 假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数 Ks = 44，滞后时间常数 Ts = s 。电枢回路总电阻 R = Ω，电枢回路电磁时间常数 Tl = s ，电力拖动系统机电时间常数 Tm = s 。 对应额定转速时的给定电压Un*=。 三、实验步骤 1、根据开环直流调速系统的各环节参数建立空载时的Simulink仿真框图，如图2 所示。 图2空载时开环直流调速系统的仿真框图 2、设置合适的仿真时间，利用out器件或示波器将相关数据输出到MATLAB的 Workspace 中，并在 MATLAB中利用 plot （X,Y）函数绘制出空载时直流电动机的电枢电流Id 和转速 n 的响应曲线，记录并分析实验数据，给出相应的结论。 3、根据开环直流调速系统的各环节参数建立带负载时的Simulink仿真框图，如图3所示。 图 3 带负载时开环直流调速系统的仿真框图 4、设置合适的仿真时间，在 1s 时分别加入负载电流为 IdL=10 、20、50A，利用 out 器件或示波器将相关数据输出到 MATLAB的 Workspace 中，并在 MATLAB中利用 plot （X,Y）函数绘制出在 1s 时加入负载电流分别为 IdL=10 、20、50A 时直流电动机的电枢电流 Id 和转速n 的响应曲线，记录并分析实验数据，给出相应的结论。
H桥可逆直流调速系统设计与实验(1)
燕山大学 CDIO课程项目研究报告 项目名称： H桥可逆直流调速系统设计与实验 学院（系）：电气工程学院 年级专业： 学号： 学生： 指导教师： 日期： 2014年6月3日
目录 前言 (1) 摘要 (2) 第一章调速系统总体方案设计 (3) 1.1 转速、电流双闭环调速系统的组成 (3) 1.2.稳态结构图和静特 (4) 1.2.1各变量的稳态工作点和稳态参数计算 (6) 1.3双闭环脉宽调速系统的动态性能 (7) 1.3.1动态数学模型 (7) 1.3.2起动过程分析 (7) 1.3.3 动态性能和两个调节器的作用 (8) 第二章 H桥可逆直流调速电源及保护系统设计 (11) 第三章调节器的选型及参数设计 (13) 3.1电流环的设计 (13) 3.2速度环的设计 (15) 第四章Matlab/Simulink仿真 (17) 第五章实物制作 (20) 第六章性能测试 (22) 6.1 SG3525性能测试 (22) 6.2 开环系统调试 (23) 总结 (26) 参考文献 (26)
前言 随着交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，如要求快速起制动、突加负载动态速降时，单闭环系统就难以满足。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程中的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截至负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。实际工作中，在电机最大电流受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流转矩为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不要电流负反馈发挥主作用，因此需采用双闭环直流调速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。 项目预期成果： 设计一个双闭环可逆直流调速系统，实现电流超调量小于等于5%；转速超调量小于等于5%；过渡过程时间小于等于0.1s的无静差调速系统。 项目分工：参数计算： 仿真： 电路设计： 电路焊接： PPT答辩： 摘要
运动控制系统试验报告单闭环直流调速系统
运动控制系统试验报告——单闭环直流调速系统 学号:0504220110 姓名:杨娟 一.实验目的: 通过实验了解单闭环直流调速系统的结构和工作原理，通过系统调试深入领会系统的动静态特性， 并掌握控制系统的调试方法。 二.实验内容及结果: 1) 转速负反馈的单闭环直流调速系统。 转速负反馈单闭环调速系统的静特性为: 其中 为闭环系统的开环放大系数 要求输入信号U n *为阶跃信号，初值为0，终值为30，阶跃起始时刻为0时刻；负载电流为斜坡信号，斜率为1，起始时间为0，初始输出为0。仿真时间不小于20秒。设计转速调节器的参数，使得该闭环直流调速系统为有静差系统，理想空载转速为800r/min ，并计算其在I d =15时的闭环系统静态转速降落。即n ocl=800r/min ，又图中给出了Ks=30，* n U =30V ，a=0.02，Ce=0.127，代入方程得到参数 Kp=0.2419。其结构图及仿真的静特性。如下： 转速负反馈的单闭环直流调速系统的稳态结构图 转速负反馈单速度闭环调速系统的静特性 如图所示，电动机转速随着负载电流的增加线性下降，正好满足静特性方程的特点。当负载电流 Id=15时，代入静特性方程得静态转速降落为Δn cl=165.4r/min 2) 电压负反馈的单闭环直流调速系统 电压负反馈单闭环调速系统的静特性为: 其中K=γKpKs 为闭环系统的开环放大系数。 cl cl e d e * n s p e s p e d *n s p Δn n K C R I K C U K K α/C K K C R I U K K n -=+- +=+-=0)1()1()1(e s p C α K K K =e d a e d pe e n s p C I R K C I R K C U K K n -+-+=)1()1(*
直流调速控制系统方案设计毕业论文
直流调速控制系统方案设计毕业论文 目录 第一章绪论 (1) 第二章系统方案设计 (5) 2.1 设计思路 (5) 2.2 基本原理 (5) 2.3 总体设计框图 (6) 第三章系统硬件设计 (7) 3.1 单片机控制模块 (7) 3.1.1 AT89S51的简介 (7) 3.1.2 AT89S51最小系统 (14) 3.2 电机驱动模块 (17) 3.2.1电机驱动模块的电路设计 (17) 3.2.2 L298芯片 (19) 3.3 液晶显示模块 (22) 3.3.1 1602LCD引脚分布和接口信号说明 (22) 3.4 独立式键盘控制模块 (25) 3.4.1 外部中断设置 (25) 3.4.2 外部中断扩展方法 (26) 3.5 本章小结 (28) 第4章系统软件设计 (29) 4.1总电路图 (29) 4.2 总电路功能介绍 (29) 4.3 直流电机控制程序 (29) 第五章系统仿真 (39) 第六章结束语 (43) 参考文献 (44) 附录 (46)
第一章绪论 当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用，无论是在工农业生产、交通运输、国防、航天航空、医疗卫生、商务与办公设备、还是在日常生活中的家用电器都大量使用着各式各样的电气传动系统，其中许多系统有调速的要求：如车辆、电梯、机床、造纸机械等等。为了满足运行、生产、工艺的要求往往需要对另一类设备如风机、水泵等进行控制：为了减少运行损耗，节约电能也需要对电机进行调速[1]。电机调速系统由控制部分、功率部分和电动机三大要素组成一个有机整体。各部分之间的不同组合，可构成多种多样的电机调速系统。 三十多年来，直流电机传动经历了重大的变革。首先实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用围不断扩大。直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代[2]。 随着微控制器尤其是脉宽调制 PWM 专门控制芯片的飞速发展，其对电机控制方面的应用起了很重要的作用，为设计性能更高的直流控制系统提供了基础。本文对基于PIC单片机的直流电机 PWM 调速系统进行了较深入的研究，从直流调速系统原理出发，逐步建立了单闭环直流 PWM调速系统的数学模型。用微机硬件和软件发展的最新成果，探讨一个将微机和电力拖动控制相结合的新的控制方法，研究工作在对控制对象全面回顾的基础上，重点对控制部分展开研究，它包括对实现控制所需要的硬件和软件的探讨。在硬件方面充分利用微机外设接口丰富，运算速度快的特点，采取软件和硬件
#直流电机调速系统分析与设计
第一部分并励直流电动机的工作原理 并励直流电机的励磁绕组和电枢绕组相并联，作为并励发电机来说，是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组和电枢共用同一电源，从性能上讲和他励直流电动机相同。 导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。 当电枢转了180°后，导体 cd转到 N极下，导体ab转到S极下时，由于直流电源供给的电流方向不变，仍从电刷 A流入，经导体cd 、ab 后，从电刷B流出。这时导体cd 受力方向变为从右向左，导体ab 受力方向是从左向右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向。 因此，电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由导体 ab和cd 流入，使线圈边只要处于N 极下，其中通过电流的方向总是由电刷A 流入的方向，而在S 极下时，总是从电刷 B流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向，从而形成一种方向不变的转矩，使电动机能连续地旋转。这就是直流电动机的工作原理。 转速电流双闭环原理 转速、电流双闭环直流调速系统的组成，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。 从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。 这就形成了转速、电流双闭环调速系统。 限幅的作用： 转速调节器ASR的输出限幅电压U*im －－电流给定电压的最大值，即限制了最大电流； τ电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm －－Uc的最大值，即限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。 第二部分 PID算法的基本原理 PID调节器各校正环节的作用 1、比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，调节 器立即产生控制作用以减小偏差。 2、积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分 时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，反之则越强。 3、微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太 大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减 小调节时间。 下面对控制点所采用的PID控制算法进行说明。
直流电机调速系统设计报告
直流电机调速系统 设计报告 学院：信息控制与工程学院班级： 姓名： 学号： 时间：
一设计任务 设计并制作一套直流电机调速系统，主要包括两部分：主电路部 分和以单片机为核心的控制电路部分。设计要求、制作控制电路和主电路，实现如下功能： （1）通过码盘和光耦得到一系列脉冲，利用M 法、T 法或M/T 法对这些脉冲在单片机中进行处理得到电机的转速，在液晶或数码管上进行显示； （2）DC/DC 电路能够正常工作，通过旋钮或键盘设定转速，并 能够通过电力电子电路输出合适的电压，使电机的转速达到设定转速。 图1 系统总体框图 二、 设计思路和设计过程 在此次电路和软件的设计中，电机的转速的获得是通过光耦采集 码盘和光耦
脉冲传输到单片机的INT0管脚上进行中断，然后通过定时器T0产生1s的计时，计算在1s内脉冲的个数为X，由于电机上码盘上刻有23个孔，那么电机的转速为3X。而转速的设定采用的是电位器，采集0-5V的电压，通过单片机上P1.0端口进行A/D转换产生00H-FFH。PWM的产生是由P1.3口产生的，通过单片机的ＰＣＡ中的寄存器设定初始值，产生大约是４０ＫＨＺ的ＰＷＭ波。通过驱动电路来改变电机的转速。 由于本次实习采用的是自主设计，需要同学们自己自行设计电路并编写程序，由于我之前并没有接触过这种设计，因此此次设计有很大的难度。电源部分的设计由于之前都做过很多，这是很简单的，在当天下午我们基本上就完成了这部分。至于单片机最下系统部分的电路和数码管显示的电路是参考老师给的关于ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ１６ＡＤ型号单片机的技术资料上参考得到的。驱动电路和主电路的设计是来源于网上的参考资料和从图书馆中借的书中，并与其他同学对照比较和在老师的帮助下完成的。这部分花了比较长的时间完成。 由于课程设计之前我自己看过Ｃ语言编写单片机程序的书，再加上参考老师给的一些资料，所以完成起来不是特别难。 三、电路调试过程中遇到的问题 １、由于在焊接数码管部分电路时，为了方便焊接就把数码管的管脚打乱了接，在程序设计过程中出现了几次修改才让数码 管显示正常。
直流调速系统的仿真
直流调速系统的仿真 1、直流电动机开环调速系统仿真 直流开环调速系统的电气原理如图1所示。直流电动机电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L供电，并通过改变触发器移相控制信号U c调节晶闸管的控制角，从而改变整流器的输出电压实现直流电动机的调速。该系统的仿真模型如图2所示。 在仿真中为了简化模型，省略了整流变压器和同步变压器，整流器和触发同步使用同一交流电源，直流电动机励磁由直流电源直接供电。触发器（6-Pulse 图1 直流开环调速系统电气原理 图2 直流电动机开环调速系统的仿真模型
图3 移相特性 Generator)的同步电压连接。触发器的控制角（alpha —deg 端）通过了移相控制环节（shifter ），移相控制模块的输入是移相控制信号Uc （图2中Uc ），输出是控制角，移相控制信号Uc 由常数模块设定。移相特性如图3所示。移相特性的数学表达式为 Uc Uc a a max min 9090-?+?= 在本模型中取?=30min a ，V Ucm 10±=，所以Uc a 690+?=。在电动机的负载转矩输入端TL 接入了斜坡（Ramp ）和饱和(Satutration)两个串联模块，斜坡模块用于设置负载转矩上升速度和加载的时刻，饱和模块用于限制负载转矩的 最大值。 【例1】 已知直流电动机额定参数为U nom =220V ,I nom =136A ，nnom =1460r/min ，4级，Ra=0.21Ω，GD2=22.5N ·㎡。励磁电压U f =220V ，励磁电流I f =1.5A 。采用三相桥式整流电路，整流器内阻Rrec =1.3Ω。平波电抗器Lp =200mH 。仿真该晶闸管-整流电动机开环调速系统，观察电动机在全压起动和起动后加额定负载时电动机的转速、转矩和电流变化。 仿真步骤如下： （1）绘制系统的仿真模型如图2所示。 （2）设置模块参数 1）供电电源电压为 V V I R U U nom rec nom 12330cos 34.213621.0220cos 34.2min 2=? ?++=α 2）电动机参数如下：
直流电机调速控制系统设计
电气控制与PLC 课程设计说明书 直流电机调速控制系统设计 . Translate DC motor speed Control system design 学生姓名王杰 学号20130503213 学院班级信电工程学院13自动化 专业名称电气工程及其自动化 指导教师肖理庆 2016年6月14日
目录 1 ×× (1) 1.1 ×××××× (1) 1.1.1 ××××..................................................................................... 错误！未定义书签。 1.1.2 ×××× (1) …… 1.2 ×××××× (1) 1.2.1 ×××× (8) …… 2 ××××× (8) 2.1 ×××××× (10) 2.1.1 ×××× (10) …… 3 ××××× (12) 3.1 ×××××× (12) 3.1.1 ×××× (12) …… 参考文献 (13) 附录 (14) 附录1 (14) 附录2 (14)
1 直流电机调速控制系统模型 1.1 直流调速系统的主导调速方法 根据直流电动机的基础知识可知，直流电动机的电枢电压的平衡方程为： R I E U a += 式(1.1) 公式中：U 为电枢电压；E 为电枢电动势；R I a 为电枢电流与电阻乘积。 由于电枢反电势为电路感应电动势，故： n C E φe = 式(1.2) 式中：e C 为电动势常数；φ为磁通势；n 为转速。 由此得到转速特性方程如下： φe a C R I U /)(n -= 式(1.3) 由式（1.3）可以看出,调节直流电动机的转速有以下三种方法： 1.改变电枢回路的电阻R ——电枢回路串电阻调速。属于有级调速，且不易构成自动调速系统，当电机低速运行时，电枢外串电阻上的功耗大，系统效率低，故一般不予采用。 2.减弱励磁磁通φ——弱磁调速。可以构成无极调速，但只能在电动机额定转速以上做小范围的升速，不能作为主导调速方法。 3.调节电枢电压Ｕ——降压调速。可以构成无极调速，且调速范围大、控制性能好。而且，现代电力电子技术的发展，使得直流电源输出电压能够非常容易地实现连续可调。 因此，降压调速是直流电机调速系统的主导调速方法。 1.2 直流电机调速控制的传递函数 在直流电机调速系统中通常是以他励式直流电动机为控制对象,其等效控制 电路如图1-1所示。 图1-1他励直流电机等效控制电路